Prof. Maria Nicola GADALETA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 4

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1 Prof. Maria Nicola GADALETA Facoltà di Scienze Biotecnologiche Corso di Laurea in Biotecnologie Sanitarie e Farmaceutiche Biochimica e Biotecnologie Biochimiche FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 4 Resa energetica di OXPHOS Sistemi navetta Carica energetica

2 Nè NADH nè NADPH prodotti nel citosol possono attraversare direttamente la membrana mitocondriale interna per essere riossidati a livello della catena respiratoria mitocondriale ; vengono trasportati nei mitocondri attraverso shuttle o sistemi navetta. NADPH e NADH citosolici possono trasformarsi l uno nell altro grazie all enzima piridin nucleotide transidrogenasi

3 NADPH + NAD + E NADP + + NADH E= Piridina nucleotide transidrogenasi Permette l utilizzazione degli equivalenti riducenti del NADPH nella fosforilazione ossidativa, poiché la catena respiratoria accetta equivalenti riducenti solo dal NADH. Nella direzione opposta la reazione permette la riduzione del NADP + per scopi biosintetici. La piridina nucleotide transidrogenasi nei tessuti animali è localizzata nella membrana mitocondriale interna. L equilibrio della reazione si sposta a seconda delle concentrazioni, quindi delle esigenze metaboliche della cellula.

4 Sistema di trasporto ( shuttle, sistema navetta ) degli equivalenti riducenti del NADH dal citosol al mitocondrio da: Nelson & Cox 1)Fegato reni e cuore

5 2)Muscolo scheletrico e cervello Con questo sistema navetta il trasferimento del NADH citosolico (glicolitico) viene pagato con la perdita di 1 ATP da: Nelson & Cox

6 REAZIONE DI OSSIDORIDUZIONE : (esoergonica) NADH + H + + ½O 2 H 2 O + NAD + E 0 = V Semireazioni a) ½O 2 + 2H + + 2e - H 2 O E 0 = V b) NAD + + H + + 2e - NADH E 0 = V G 0 = - nf E 0 G 0 = - 2 x 96.5 x [0.82 (- 0.32)] = -220 Kjoule/mole REAZIONE DI FOSFORILAZIONE: (endoergonica) ADP +P i ATP + H 2 O G 0 = KJ/mole REAZIONE TOTALE NADH + H ADP + 2.5P i + ½ O 2 NAD + + H 2 O + 2.5ATP RESA ENERGETICA DELLA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (30.5 x 2.5)/220 x %

7 COMPONENTE ESOERGONICA Glucosio + 6 O 2 6 CO H 2 O G 0 = KJ/mole COMPONENTE ENDOERGONICA 32 P i + 32 ADP 32 ATP + 32 H 2 O G 0 = +976 KJ/mole 32 x 30.5/2840 = 35% RESA ENERGETICA

8 Lo stato energetico della cellula regola molte reazioni del metabolismo. Esso può essere espresso come: 1) RAPPORTO DI AZIONE DI MASSA o POTENZIALE DI FOSFORILAZIONE: [ATP]/[ADP] [P i ] normalmente ;è molto elevato Diminuisce in caso di improvvisa e forte richiesta di ATP. Aumento ADP aumento respirazione sintesi ATP per riportare al valore max il rapporto di azione di massa. 2) CARICA ENERGETICA: ½ [ADP] + [ATP] / [AMP] + [ADP] + [ATP] varia tra 0 (tutti i nucleotidi sono sotto forma di AMP) e 1 (tutti i nucleotidi sono sotto forma di ATP). ½ [ADP] perché contiene solo 1 legame anidridico. Normalmente = 0.9 Misura la saturazione da gruppi fosforici di tutto il sistema adenilico. Le vie che generano ATP (cataboliche) sono inibite da una carica energetica elevata,mentre le vie che utilizzano ATP (anaboliche) sono stimolate da una carica energetica elevata

9 REGOLAZIONE INCROCIATA DI GLICOLISI, OSSIDAZIONE DEL PIRUVATO, CICLO DI KREBS, E FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

10 FINE

11 La forza motrice protonica permette il trasporto attivo di substrati e precursori ATRATTILOSIDE X ATP sintasi 3 3

12 Parte dell energia conservata nel gradiente protonico è utilizzata per questi scopi, per cui 2,5 molecole di ATP sono il limite massimo per ogni NADH riossidato M.Roberti

13 FLUSSO DI Ca 2+ NEI MITOCONDRI M.Roberti

14 M.Roberti

15 CONTROLLO DELLA VELOCITA RESPIRATORIA DA PARTE DELL ACCETTORE (o CONTROLLO RESPIRATORIO) Mitocondri intatti, in condizioni aerobie, e in presenza di substrato, mostrano una velocità di respirazione (= consumo di O 2 ) bassa, poichè questa è controllata dalla disponibilità di ADP (accettore di P i ), e cioè in vivo dalla utilizzazione di ATP. quando non vi è necessità di ATP l attività respiratoria diminuisce. In mitocondri isolati l aggiunta di ADP fa aumentare la velocità della respirazione fino al valore massimo quando tutto l ADP è stato fosforilato la velocità della respirazione crolla. La RESPIRAZIONE e la FOSFORILAZIONE SONO ACCOPPIATE. INDICE DI CONTROLLO RESPIRATORIO (ICR) è il rapporto tra la velocità di respirazione all aggiunta di ADP (stato 3) e la velocità di respirazione in assenza di ADP (stato 4). Il rapporto è alto in mitocondri intatti; in vivo anche maggiore di 10.

16 ICR = V stato 3 / V stato 4 10 se è più basso, cioè V stato 4 è maggiore, vuol dire che i mitocondri sono danneggiati

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